JP6827569B2 - 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔 - Google Patents

Description

下記の実施形態は、相互変調歪みに関し、より具体的には、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔に関する。

例えば、コリオリ質量流量計、液体密度計、ガス密度計、液体粘度計、ガス／液体比重計、ガス／液体相対密度計、ガス分子量計などの振動計が一般に知られており、流体の特性を測定するために使用されている。一般に、メータはセンサーアセンブリと電子部分を備える。センサーアセンブリ内の材料は、流動していてもよく、または静止していてもよい。センサーのタイプごとに固有の特性があるが、最適なパフォーマンスを実現するためにメータが責任を負なければならない。例えば、一部のセンサーには、特定の変位レベルで振動するチューブ装置が必要になる場合がある。他のセンサーアセンブリタイプには、特別な補償アルゴリズムが必要な場合がある。

メータ電子機器は、他の機能を実行する中でも、通常、使用されている特定のセンサーのための保存されたセンサー校正値を含む。例えば、メータ電子機器には、基準センサーの剛性測定値が含まれる場合がある。基準センサーの剛性は、基準条件の下で工場で測定された特定のセンサーアセンブリのためのセンサー形状に伴う基本的な測定値を表す。振動素子メータが顧客サイトに設置された後に測定されたセンサー剛性と基準センサー剛性との間の変化は、センサーアセンブリ内の他の原因に加えてコーティング、侵食、腐食または導管の損傷によるセンサーアセンブリ内の物理的変化を表す場合がある。メータ検証またはヘルスチェックテストは、これらの変化を検出できる。

メータ検証は、通常、センサーアセンブリの駆動装置に適用され得るマルチサイン、マルチコンポーネントなどとも呼ばれるマルチトーン駆動信号を用いて実行される。マルチトーン駆動信号は、通常、センサーアセンブリの共振周波数にある共振成分または駆動トーンと、駆動トーンから周波数間隔を空けている複数の非共振成分またはテストトーンとで構成される。これは、複数のテストトーンが順次に循環するアプローチとは異なる。テストトーンの順次の循環では、システムのどんな時間変動（例えば、温度依存効果、流量の変化）も、センサーアセンブリの周波数応答特性を破損する可能性がある。サンプリングされたデータが同時に取得されるため、マルチトーン駆動信号は有利である。

マルチトーン駆動信号の各テストトーンは、センサーアセンブリの周波数応答への入力である。センサーアセンブリにより供給される応答信号の成分は、周波数応答関数の出力である。これらの成分を対応するテストトーンと比較して、センサーアセンブリの周波数応答を特徴付ける。センサーアセンブリにコーティング、侵食、腐食または損傷が発生すると、センサーアセンブリの周波数応答が変化するであろう。ただし、センサーアセンブリの非線形性は、マルチトーン駆動信号から相互変調歪み信号を形成する可能性がある。

相互変調歪み信号により、センサーアセンブリのどんな基本的な変更もなく、センサーアセンブリの周波数応答が変化する可能性がある。より具体的には、マルチトーン駆動信号の駆動トーンとテストトーンは、テストトーンの１つの周波数またはその近くにあり得る周波数を有する相互変調歪み信号を誘導する可能性がある。その結果、相互変調歪み信号に対応する成分が、テストトーンの１つに対応する成分と干渉する可能性がある。この干渉により、周波数応答の特徴付けが不正確になる可能性がある。したがって、相互変調歪み信号干渉を防止する必要がある。

相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定するためのシステム（８００）が提供される。一実施形態によれば、システム（８００）は、センサーアセンブリ（８１０）と、センサーアセンブリ（８１０）に通信可能に結合されたメータ検証モジュール（８２０）とを備える。メータ検証モジュール（８２０）は、振動計のセンサーアセンブリ（８１０）に印加される第１の信号の周波数を決定し、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定するように構成される。メータ検証モジュール（８２０）はまた、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定するように構成される。

相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定する方法が提供される。一実施形態によれば、本方法は、振動計のセンサーアセンブリに印加される第１の信号の周波数を決定することと、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定することと、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定することとを含む。

態様
一態様によれば、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定するためのシステム（８００）は、センサーアセンブリ（８１０）と、センサーアセンブリ（８１０）に通信可能に結合されたメータ検証モジュール（８２０）とを備える。メータ検証モジュール（８２０）は、振動メータのセンサーアセンブリ（８１０）に印加される第１の信号の周波数を決定し、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定し、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定するように構成される。

好ましくは、メータ検証モジュール（８２０）は、第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定し、第２の信号の周波数が第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように第２の信号の周波数を決定するようにさらに構成される。

好ましくは、帯域幅は、センサーアセンブリの周波数応答帯域幅である。

好ましくは、第１の信号の周波数は、センサーアセンブリの共振周波数である。

好ましくは、相互変調歪み信号は、メータ検証モジュール（８２０）およびセンサーアセンブリ（８１０）のうちの１つで生成される。

好ましくは、第１の信号および第２の信号は、メータ検証モジュール（８２０）によりセンサーアセンブリ（８１０）に印加される駆動信号の成分である。

好ましくは、第２の信号は、センサーアセンブリ（８１０）に印加されてセンサーアセンブリ（８１０）の周波数応答を特徴付ける。

好ましくは、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリ（８１０）に印加される第２の信号の周波数を決定するように構成されるメータ検証モジュール（８２０）は、相互変調歪みが復調ウィンドウに近接するように第２の信号の周波数を決定するように構成されるメータ検証モジュール（８２０）を含む。

好ましくは、メータ検証モジュール（８２０）は、１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が第１の信号の復調ウィンドウの外側にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される。

好ましくは、メータ検証モジュール（８２０）は、第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定し、１つ以上の追加の信号の周波数が第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される。

好ましくは、メータ検証モジュール（８２０）は、１つ以上の追加の信号の周りに復調ウィンドウを設定し、１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が１つ以上の追加の信号の復調ウィンドウの外側にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される。

一態様によれば、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定する方法は、振動計のセンサーアセンブリに印加される第１の信号の周波数を決定することと、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定することと、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定することとを含む。

好ましくは、本方法は、第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定することと、第２の信号の周波数が第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように第２の信号の周波数を決定することをさらに含む。

好ましくは、帯域幅は、センサーアセンブリの周波数応答帯域幅である。

好ましくは、第１の信号の周波数は、センサーアセンブリの共振周波数である。

好ましくは、相互変調歪み信号は、メータ電子機器およびセンサーアセンブリのうちの１つで生成される。

好ましくは、第１の信号および第２の信号は、メータ電子機器によりセンサーアセンブリに印加される駆動信号の成分である。

好ましくは、第２の信号は、センサーアセンブリに印加されてセンサーアセンブリを特徴付ける。

好ましくは、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定することは、相互変調歪みが復調ウィンドウに近接するように第２の信号の周波数を決定することを含む。

好ましくは、本方法は、１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が第１の信号の復調ウィンドウの外側にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定することをさらに含む。

好ましくは、本方法は、第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定することと、１つ以上の追加の信号の周波数が第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定することをさらに含む。

好ましくは、本方法は、１つ以上の追加の信号の周りに復調ウィンドウを設定することと、１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が１つ以上の追加の信号の復調ウィンドウの外側にあるように１つ以上の追加の信号の周波数を決定することをさらに含む。

同じ参照番号は、すべての図面で同じ要素を表す。図面は必ずしも縮尺通りではないことを理解されたい。
相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を使用する振動計５を示す図である。 マルチトーン駆動信号における相互変調歪み信号を示すグラフ２００を示す図である。 相互変調歪みを示すグラフ３００を示す図である。 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ４００を示す図である。 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ５００を示す図である。 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ６００を示す図である。 一実施形態による相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定する本方法７００を示す図である。 センサーアセンブリ８１０とメータ検証モジュール８２０とで構成されるシステム８００を示す図である。

図１から８と以下の説明は、相互変調歪み信号干渉を防止するために、周波数間隔の実施形態の最良のモードを作成および使用する方法を当業者に教示する特定の実施例を示す。発明の原理を教示する目的で、いくつかの従来の態様は簡略化または省略されている。当業者は、本説明の範囲内に入るこれらの実施例からの変形を理解するであろう。当業者は、下記の特徴を種々の方法で組み合わせて、最適な周波数間隔を決定する複数の変形を形成して、相互変調歪み信号干渉を防止できることを理解するであろう。その結果、下記の実施形態は、下記の特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲とそれらの均等物のみにより限定される。

相互変調歪み信号による干渉は、振動計のセンサーアセンブリに印加される駆動信号などの第１の信号の周波数を決定し、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定することにより防止できる。第１の信号と混合されると相互変調歪み信号を生成する第２の信号の周波数は、相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように決定できる。したがって、相互変調歪み信号は、センサーアセンブリの周波数応答の特徴付けには含まれない。その結果、特徴付けはより正確になり、したがって、腐食、侵食、堆積およびセンサーアセンブリの他の問題を確実に検出できる。

図１は、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を使用する振動計５を示す。図１に示すように、振動計５は、センサーアセンブリ１０とメータ電子機器２０を備える。センサーアセンブリ１０は、プロセス材料の質量流量と密度に応答する。メータ電子機器２０は、リード線１００を介してセンサーアセンブリ１０に接続され、経路２６を介して密度、質量流量および温度情報ならびに他の情報を提供する。

センサーアセンブリ１０は、一対のマニホールド１５０と１５０’、フランジネック１１０と１１０’を有する一対のフランジ１０３と１０３’、一対の平行な導管１３０と１３０’、駆動機構１８０、測温抵抗体（ＲＴＤ）１９０および一対のピックオフセンサー１７０ｌと１７０ｒを含む。導管１３０と１３０’は、２つの本質的に真っ直ぐな入口脚１３１、１３１’と出口脚１３４、１３４’を有し、これらは導管取付ブロック１２０と１２０’で互いに向かってまとまっている。導管１３０、１３０’は、それらの長さに沿った２つの対称位置で曲がり、それらの長さ全体にわたって本質的に平行である。ブレースバー１４０と１４０’は、各導管１３０、１３０’がその周りで振動する軸ＷとＷ’を規定する役割を果たす。導管１３０、１３０’の脚１３１、１３１’と１３４、１３４’は、導管取付ブロック１２０と１２０’に固定的に取り付けられ、これらのブロックは、同様にマニホールド１５０と１５０’に固定的に取り付けられる。これにより、センサーアセンブリ１０を通る連続した閉じた材料経路が提供される。

穴１０２と１０２’を有するフランジ１０３と１０３’が、入口端１０４と出口端１０４’を介して、測定されるプロセス材料を運ぶプロセスライン（図示せず）に接続されると、材料は、フランジ１０３内のオリフィス１０１を通ってメータの入口端１０４に入り、マニホールド１５０を通って表面１２１を有する導管取付ブロック１２０に導かれる。マニホールド１５０内で材料は分割され、導管１３０、１３０’を通って送られる。導管１３０、１３０’を出ると、プロセス材料は、表面１２１’とマニホールド１５０’を有するブロック１２０’内で単一の流れに再結合され、その後、穴を有するフランジ１０３’によりプロセスライン（図示せず）１０２’に接続された出口端１０４’に送られる。

導管１３０、１３０’は、それぞれ曲げ軸Ｗ−ＷとＷ’−Ｗ’の周りで実質的に同じ質量分布、慣性モーメントおよびヤング率を有するように選択され、導管取付ブロック１２０、１２０’に適切に取り付けられる。これらの曲げ軸はブレースバー１４０、１４０’を通る。導管のヤング率は温度とともに変化し、この変化が流量と密度の計算に影響するため、導管１３０’の温度を連続的に測定するためにＲＴＤ１９０が導管１３０’に取り付けられる。導管１３０’の温度、したがって、そこを流れる所与の電流に対してＲＴＤ１９０を横切って現れる電圧は、導管１３０’を流れる材料の温度により支配される。ＲＴＤ１９０を横切って現れる温度依存電圧は、メータ電子機器２０による周知の方法で使用され、導管温度の任意の変化による導管１３０、１３０’の弾性率の変化を補償する。ＲＴＤ１９０は、リード線１９５によりメータ電子機器２０に接続される。

導管１３０、１３０’の両方は、駆動機構１８０により、それぞれの曲げ軸ＷとＷ’に関して反対方向に、かつ流量計の第１の位相外れ曲げモードと呼ばれるところで駆動される。この駆動機構１８０は、導管１３０’に取り付けられた磁石と導管１３０に取り付けられ、両方の導管１３０、１３０’を振動させるために交流電流が流れる対向コイルなど、多くの周知の構成のうちのいずれか１つを備えてもよい。適切な駆動信号は、メータ電子機器２０によりリード線１８５を介して駆動機構１８０に印加される。

メータ電子機器２０は、リード線１９５上のＲＴＤ温度信号およびそれぞれ左右のセンサー信号１６５ｌ、１６５ｒを運ぶリード線１００上に現れる左右のセンサー信号を受信する。メータ電子機器２０は、リード線１８５上に現れる駆動信号を生成して、機構１８０を駆動し、導管１３０、１３０’を振動させる。メータ電子機器２０は、左右のセンサー信号とＲＴＤ信号を処理して、センサーアセンブリ１０を流れる材料の質量流量と密度を計算する。この情報は、他の情報とともに、メータ電子機器２０により経路２６を介して信号として印加される。

図２は、マルチトーン駆動信号における相互変調歪み信号を示すグラフ２００を示す。図２に示すように、グラフ２００は、周波数軸２１０と大きさ軸２２０を含む。周波数軸は、ヘルツ（Ｈｚ）単位であり、０から３０の範囲である。大きさ軸２２０は、フルスケール比であり、０から１の範囲である。グラフ２００はまた、約２０Ｈｚを対称中心とする２つの信号２３０を含む。図２に示すように、グラフ２００は、偶数次相互変調歪み信号２４０ａと奇数次相互変調歪み信号２４０ｂとで構成される相互変調歪み信号２４０を含む。

２つの信号２３０は、約２０Ｈｚを対称中心とし、約０．９の大きさを有するものとして示されている。２つの信号２３０は、例えば、図１を参照して叙述されたセンサーアセンブリ１０にマルチトーン駆動信号を使用して供給されてもよい。より具体的には、マルチトーン駆動信号は、駆動機構１８０に供給される２つの信号２３０で構成されてもよい。

相互変調歪み信号２４０は、リード線１００上のセンサー信号内にあるかもしれず、メータ電子機器２０またはセンサーアセンブリ１０により引き起こされるかもしれない。例えば、相互変調歪み信号２４０は、マルチトーン駆動信号がメータ電子機器２０内の増幅器に近いか、または飽和状態にあるために生成される可能性がある。相互変調歪み信号２４０は、センサーアセンブリ１０内のピックオフセンサー１７０ｌ、１７０ｒおよび駆動機構１８０または他のデバイスまたは構造などのアセンブリ１０内の非線形性のためであり得る。相互変調歪み信号２４０の周波数は、２つの信号２３０の周波数間の差の倍数である。理解できるように、より多くの入力信号が追加されると、相互変調歪み信号の数が増加し、それにより、1つ以上の相互変調歪み信号が入力信号と同じ周波数を有するようになる可能性がある。

図３は、相互変調歪みを示すグラフ３００を示す。図３に示すように、グラフ３００は、周波数軸３１０と大きさ軸３２０を含む。周波数軸３１０は、ヘルツ（Ｈｚ）単位であり、９５Ｈｚから１０５Ｈｚの範囲である。大きさ軸３２０は、フルスケール比であり、０から１の範囲である。グラフ３００は、「駆動トーン」としてラベル付けされ、マルチトーン駆動信号の共振成分であり得る第１の信号３３０を含む。第１の信号３３０は１００Ｈｚの周波数を有する。

また、マルチトーン駆動信号の非共振成分（例えば、センサーアセンブリの共振周波数ではない）であり得るテストトーン３４０が示されている。テストトーン３４０は、第２から第５の信号３４０ｄで構成される。グラフ３００は相互変調歪み信号３５０も含む。明確に記載する目的のために、可能な相互変調歪み信号のすべては示されていない。その代わりに、図３に示す相互変調歪み信号３５０は、第１の信号３３０と第３の信号３４０ｂから生成される。相互変調歪み信号３５０の１つは、第４の信号３４０ｃと同じ周波数を有する干渉信号３５０ａである。テストトーン３４０は、振動計５のリード線１８５上に現れる駆動信号などの駆動信号に導入できる。したがって、リード線１８５上に現れる駆動信号は、第１の信号３３０と第２の信号から第５の信号３４０ａ−３４０ｄとを含むことができる。

第２の信号から第５の信号３４０ａ−３４０ｄの大きさは、測定され且つセンサーアセンブリ１０を特徴付けるために使用され得る。例えば、第２の信号から第５の信号３４０ａ−３４０ｄの１つに対応する出力の大きさ比は、その周波数のセンサーアセンブリ１０の応答を特徴付けることができる。種々の周波数で４つのテストトーンを利用することにより、ある範囲の周波数にわたるセンサーアセンブリ１０の周波数応答を近似できる。しかし、第４の信号３４０ｃと同じ周波数にある干渉信号３５０ａは、テストトーン３４０の１つではなく、周波数応答の入力として測定されないため、センサーアセンブリ１０の周波数応答は不正確であり、したがって、侵食、腐食、堆積などを正しく検出できない場合がある。

干渉信号３５０ａの周波数は、第１の信号３３０と第３の信号３４０ｂとの間の周波数間隔を変えることにより変えることができる。より具体的には、干渉信号３５０ａの周波数は、第１の信号３３０と第３の信号３４０ｂとの周波数間の差の倍数であり得る。したがって、第３の信号３４０ｂの周波数を増加または減少させると、干渉信号３５０ａの周波数が増加または減少するであろう。これは、干渉信号３５０ａを第４の信号３４０ｃから遠ざけ、それにより、干渉信号３５０ａがセンサーアセンブリ１０の周波数応答を特徴付けることに含まれることを防止するであろう。

しかし、単純に干渉信号３５０ａを第４の信号３４０ｃから遠ざけるのみでは、干渉信号３５０ａがセンサーアセンブリ１０の周波数応答を特徴付けることに含まれることを防止するとは限らない。例えば、干渉信号３５０ａの周波数が第４の信号３４０ｃの周波数と異なる場合でも、干渉信号３５０ａは、なお復調ウィンドウ内にある可能性があり、したがって、センサーアセンブリからの応答信号に干渉成分を誘導する可能性がある。

図４は、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ４００を示す。図４に示すように、グラフ４００は、周波数軸４１０と大きさ軸４２０を含む。周波数軸４１０は、ヘルツ（Ｈｚ）単位であり、９２Ｈｚから１０８Ｈｚの範囲である。大きさ軸４２０は、フルスケール比であり、０から１までの範囲である。グラフ４００は、駆動トーンまたはセンサーアセンブリの共振周波数での共振信号であり得る第１の信号４３０を含む。また、マルチトーン駆動信号の非共振成分であるテストトーンであり得る第２の信号４４０および相互変調歪み信号４５０が示されている。図４には、第１の信号４３０に伴う第１の復調ウィンドウ４６０ａと第２の信号４４０に伴う第２の復調ウィンドウ４６０ｂも示されている。

第１および第２の復調ウィンドウ４６０ａ、４６０ｂは、第１および第２の信号４３０、４４０が通過することを可能にする第１および第２の信号４３０、４４０の周波数の周りの周波数範囲であってもよい。例えば、第１および第２の復調ウィンドウ４６０ａ、４６０ｂは、約１Ｈｚ幅であり得る。したがって、第１の信号４３０用の復調ウィンドウは、約９９．５Ｈｚから約１００．５Ｈｚの範囲であり得る。第２の信号４４０用の復調ウィンドウは、約１０１．５Ｈｚから約１０２．５Ｈｚの範囲であり得る。相互変調歪み信号４５０は、９８Ｈｚと１０４Ｈｚの周波数にあり、これらは第１および第２の復調ウィンドウ４６０ａ、４６０ｂ内にない。その結果、相互変調歪み信号４５０は、センサーアセンブリ１０の周波数応答を決定することに含まれない。追加のテストトーンなどの追加の信号は、以下に記載のように周波数間隔が適切に選択される場合、復調ウィンドウ内にない可能性がある追加の相互変調歪み信号をもたらすであろう。

図５は、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ５００を示す。図５に示すように、グラフ５００は、周波数軸５１０と大きさ軸５２０を含む。周波数軸５１０は、ヘルツ（Ｈｚ）単位であり、９２Ｈｚから１０８Ｈｚの範囲である。大きさ軸５２０は、フルスケール比であり、０から１の範囲である。グラフ５００は、駆動トーンまたはセンサーアセンブリの共振周波数での信号であり得る第１の信号５３０を含む。また、第２の信号５４０ａ、第３の信号５４０ｂ、第４の信号５４０ｃおよび第５の信号５４０ｄで構成され、マルチトーン駆動信号の非共振正弦波成分であり得るテストトーン５４０が示されている。グラフ５００は相互変調歪み信号５５０も含む。第１の信号５３０に伴う復調ウィンドウ５６０とテストトーン５４０も示されている。復調ウィンドウ５６０は、第１から第５の信号５３０、５４０ａ−５４０ｄにそれぞれ伴う第１から第５の復調ウィンドウ５６０ａ−５６０ｅを含む。

第１の信号５３０と第２から第５の信号５４０ａ−５４０ｄはリード線１８５上のマルチトーン駆動信号を含んでもよい。第１の信号５３０は、１００Ｈｚであるとして示されるセンサーアセンブリの共振周波数であってもよい。第２、第３、第４および第５の信号５４０ａ−５４０ｄは、それぞれ９５Ｈｚ、９７Ｈｚ、１０２Ｈｚおよび１０３．５Ｈｚであるように示されている。第２から第５の信号５４０ａ−５４０ｄは、周波数間隔を空けて、第１の信号５３０から、および互いにオフセットされている。周波数間隔は、図５に示すように、相互変調歪み信号５５０が第１から第４の復調ウィンドウ５６０ｂ−５６０ｅ内にないことを保証するように選択されてもよい。より具体的には、相互変調歪み信号５５０のすべての周波数は、第１の信号５３０と第２から第５の信号５４０ａ−５４０ｄの種々の周波数間隔について決定されてもよい。理解できるように、他の周波数間隔は、やはり復調ウィンドウ５６０内にない相互変調歪み信号５５０をもたらしてもよい。

さらに、センサーアセンブリ１０は、センサーアセンブリ１０が軽く減衰する周波数範囲を有する可能性があり、これは、本明細書では、センサーアセンブリ１０の周波数応答帯域幅と呼ぶ。より具体的には、センサーアセンブリ１０は、センサーアセンブリ１０の応答が駆動トーン周波数から急速に減少する駆動トーン周波数について非常に軽く減衰する可能性がある。周波数間隔が大きすぎる場合、第１の信号５３０は、周波数応答帯域幅内の中心にある可能性があり、１つ以上のテストトーン５４０は、周波数応答帯域幅の外側にある可能性がある。これにより、センサーアセンブリ１０の周波数応答を特徴付けるのに不十分な信号対雑音比を有する成分を有するセンサー信号が得られる可能性がある。

この信号対雑音比の問題を回避するために、テストトーン５４０の周波数は、センサーアセンブリ１０の周波数応答帯域幅内にあるように、第１の信号５３０の周波数に近くてもよい。したがって、テストトーン５４０の図５の実施形態では、第２の信号５４０ａと第５の信号５４０ｄであるテストトーン５４０の最低周波数と最高周波数との間の周波数間隔を最小化することが望ましい場合がある。この最小化の実施例を、図６を参照して以下に記載する。

図６は、相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を示すグラフ６００を示す。

図６に示すように、グラフ６００は、周波数軸６１０と大きさ軸６２０を含む。周波数軸６１０は、ヘルツ（Ｈｚ）単位であり、９２Ｈｚから１０８Ｈｚの範囲である。大きさ軸６２０は、フルスケール比であり、０から１の範囲である。グラフ６００は、駆動トーンまたはセンサーアセンブリの共振周波数での信号であり得る第１の信号６３０を含む。また、第２の信号６４０ａ、第３の信号６４０ｂ、第４の信号６４０ｃおよび第５の信号６４０ｄで構成されるテストトーン６４０が示されている。テストトーン６４０は非共振周波数の正弦波成分であってもよい。グラフ６００は相互変調歪み信号６５０も含む。第１の信号６３０に伴う復調ウィンドウ６６０とテストトーン６４０も示されている。復調ウィンドウ６６０は、第１の信号６３０と第２の信号６４０ａから第５の信号６４０ｄに伴う第１から第５の復調ウィンドウ６６０ａ−６６０ｅを含む。

理解できるように、第２および第５の信号６４０ａ、６４０ｄは、図５を参照した上記の第２および第５の信号５４０ａ、５４０ｄよりも互いに近い。第２および第５の信号６４０ａ、６４０ｄはセンサーアセンブリの周波数応答帯域幅内にあってもよい。その結果、テストトーン６４０に対応するセンサー信号の信号は、許容可能な信号対雑音比を有し得る。さらに、相互変調歪み信号６５０のいくつかは復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅに隣接する。より具体的には、相互変調歪み信号６５０のいくつかは復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅの隣にあるが外側である。したがって、相互変調歪み信号６５０は、復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅによって通過されないが、テストトーン６４０に対応するセンサー信号の成分が通過することは許容される。

したがって、相互変調歪み信号６５０がテストトーン６４０に対応する信号と干渉することを防止することにより、センサーアセンブリ１０の周波数応答の特徴付けをより正確にできる。周波数応答の特徴付けはまた、第２の信号６４０ａと第５の信号６４０ｄとの間のより狭い周波数間隔から生ずる十分な信号対雑音比のため、より正確であり得る。周波数間隔を決定できる例示的な方法とシステムを以下により詳細に記載する。

図７は、一実施形態による相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定する本方法７００を示す。図７に示すように、本方法７００は、ステップ７１０で振動計のセンサーアセンブリに印加される第１の信号の周波数を決定する。ステップ７２０では、本方法７００は、第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定する。本方法７００は、ステップ７３０で、第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定する。

第１の信号の周波数は、ステップ７１０で、例えば、リード線１００上に現れる左右のセンサー信号に基づいて信号を生成することにより決定されてもよい。すなわち、第１の信号は、センサーアセンブリ１０に供給されたマルチトーン駆動信号の駆動トーンであってもよく、これは、次いで、駆動トーンの周波数を決定するフィードバックループに左右のセンサー信号を供給する。

ステップ７２０では、例えば、第１の信号の周波数に関連付けられた上限値と下限値を決定することにより、復調ウィンドウを第１の信号の周波数の周りに設定できる。復調ウィンドウの上限値は、第１の信号の周波数に許容値を足すことにより設定でき、復調ウィンドウの下限値は、第１の信号の周波数から許容値を引くことにより設定できる。したがって、復調は第１の周波数について対称である。あるいは、上限値と下限値は、第１の周波数について対称でなくてもよく、したがって、異なる量だけ第１の周波数からオフセットされてもよい。

ステップ７３０では、第２の信号の周波数は、例えば、第２の周波数をある値に繰り返し設定し、相互変調歪み信号の周波数を決定し、相互変調歪み信号が復調ウィンドウ内にあるかどうかを判断することにより決定できる。例えば、復調ウィンドウの上限または下限の周波数と第１の信号の周波数に基づいて相互変調歪み信号の周波数を決定するなど、他の方法を採用してもよい。

一例では、第２の信号の周波数を決定する場合に、離散解空間を採用してもよい。第１の信号の復調ウィンドウは、すべてのテスト周波数を、第１の信号の周波数（例えば、駆動トーン周波数）および任意の他のテストトーン周波数からの少なくとも復調ウィンドウ幅ｄＦにする。ＩＭ歪み信号は入力周波数間の間隔に基づいて表示されるため、特定の入力ペアによる相互変調歪み信号も、それらの周波数からの少なくともｄＦと表示される。したがって、解空間は、第１の信号の周波数を中心とした解像度ｄＦの格子上のテストトーンに限定される。この単純化により、ブルートフォース最適化手順を追求することが実用的になる。例えば、センサーアセンブリの周波数応答帯域幅であり得る２０ｄＦの帯域幅内にすべて配置された４つのテストトーンの探索空間全体は、ｎ−ｃｈｏｏｓｅ−ｋの問題である。２＊２０＝４０の潜在的な周波数から（駆動周波数を使用できないため）、４つの周波数が選択される。この選択を行う方法の数は、４０！／（４０−４）！４！＝９１３９０と評価される。

本方法７００は、第１の信号の種々の周波数について繰り返すことができる。例えば、第１の信号の周波数を決定するステップは、第１の信号の別の周波数を決定することを含んでもよい。これは、振動計のクラスに伴う周波数範囲内のある周波数であり得る。この搬送周波数に伴う第２の信号の周波数は、第２の信号を搬送周波数の第１の信号で変調することにより決定できる。ベースバンド周波数で設定された復調ウィンドウは、搬送周波数での復調ウィンドウと同じであってもよく、または同じでなくてもよい。このプロセスを以下の記載で示す。

例えば、［−６ −４ ５ ７］の基本テストトーン周波数で第２から第５の信号で構成される基本テストトーンベクトルを取得できる。この基本テストトーン周波数のベクトルは、ｄＦとして定義される種々の復調ウィンドウ幅を有し得る他の搬送周波数に変調できる。この例では、本方法７００は、１００Ｈｚなどの７０Ｈｚから１２５Ｈｚの範囲内にあるように第１の周波数を決定できる。本方法７００は、ステップ７２０で、復調ウィンドウの幅（ｄＦ）が０．２６７Ｈｚであることを決定できる。本方法７００は、第２の信号の周波数が１００Ｈｚから１．６Ｈｚを引いたものであると決定できる。復調ウィンドウ幅の幅は０．２６７Ｈｚであるため、第２のトーンの周波数は、基本トーンベクトルのその要素にｄＦ（この場合−１．６Ｈｚに等しい−６＊０．２６７Ｈｚ）を掛けることによって決定される。追加のテストトーンなどの追加の信号に対して同様のステップを実行できる。

例えば、３５１Ｈｚから６００Ｈｚの周波数範囲には、３８９．１Ｈｚの第１の信号周波数または搬送周波数があってもよく、これは、メータアセンブリからのセンサー信号から決定できる。３５１Ｈｚから６００Ｈｚの周波数範囲には１．３３３３Ｈｚの幅の復調ウィンドウがあってもよい。したがって、基本テストトーンベクトルに１．３３３３Ｈｚを掛けて［−８．０００ −５．３３３ ６．６６７ ９．３３３］Ｈｚのテストトーンベクトルに到達できる。第１の信号に対して搬送周波数が３８９．１Ｈｚの場合、第２の信号の周波数は３８１．１Ｈｚになり、これは３８９．１Ｈｚ−８．０Ｈｚに等しくなる。

上記のように、本方法７００は、ステップ７３０で相互変調歪み信号が第１の信号の復調ウィンドウの外側にあることを検証できる。このステップは、基本トーンベクトルがすべての所望の搬送周波数について機能することを保証するために、種々の搬送周波数に対して実行できる。例えば、上記のように、基本テストトーンベクトルは、第２から第５の信号と、７０Ｈｚから１２５Ｈｚの範囲のそれに伴う周波数に対して決定されてもよく、次いで、上記の種々の搬送周波数に変調された第２から第５の信号を使用することにより、他の搬送周波数で検証されてもよい。

結果の表は次のとおり：

したがって、周波数が３８９．１０Ｈｚの搬送波または駆動トーンの上記の実施例については、第２の信号は３８１．１０Ｈｚ、第３の信号は３８３．７７Ｈｚ、第４の信号は３９５．７７Ｈｚ、第５の信号は３９８．４３Ｈｚである。

本方法７００は、第２の信号の周波数が第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定し第２の信号の周波数を決定することをさらに含んでもよい。帯域幅は、第１および第２の信号が印加されるセンサーアセンブリの周波数応答帯域幅であってもよい。例えば、上記センサーアセンブリ１０は、応答が実質的に共振するかまたは軽く減衰する周波数の比較的狭い範囲を有し得る。メータ検証を適切に実行するには、第２、第３または第４の信号がこの帯域幅内にある必要がある。

図８は、センサーアセンブリ８１０とメータ検証モジュール８２０とで構成されるシステム８００を示す。図８に示すように、センサーアセンブリ８１０は、メータ検証モジュール８２０に通信可能に結合される。メータ検証モジュール８２０は、センサーアセンブリ８１０に駆動信号を供給する駆動回路８２２を含む。センサーアセンブリ８１０は、メータ検証モジュール８２０に通信可能に結合され、メータ検証モジュール８２０にセンサー信号を供給する。復調フィルタ８２４は、センサーアセンブリ８１０からセンサー信号を受信し、復調ウィンドウ内または復調フィルタ８２４のウィンドウ内にある信号を通過させる。復調フィルタ８２４によって通過される信号は、ＦＲＦ評価ユニットに供給される。ノッチフィルタ８２６も、センサー信号を受信し、これは、共振成分を駆動回路８２２と流量および密度測定モジュール８２７とへ通過させ、流量および密度測定モジュール８２７は、流体の流体特性を決定できる。

センサーアセンブリ８１０は、図１を参照して上述されたセンサーアセンブリ１０を表すモデルであってもよい。あるいは、センサーアセンブリ８１０は、駆動回路８２２から電気駆動信号を受信する実際のセンサーアセンブリであってもよい。いずれの場合も、センサーアセンブリ８１０は、メータ検証モジュール８２０からマルチトーン駆動信号を受信し、メータ検証モジュール８２０にセンサー信号を供給してセンサーアセンブリ８１０を特徴付ける。したがって、マルチトーン駆動信号は、センサーアセンブリ８１０の周波数応答に対する入力であり、センサー信号は、センサーアセンブリ８１０の周波数応答の出力である。入力と出力を比較することにより、センサーアセンブリ８１０の周波数応答を特徴付けることができる。さらに、分析的解法は、例えば、センサーアセンブリ８１０の特徴付けに曲線を適合させることにより定式化してもよい。

駆動回路８２２は、共振成分の周波数を追跡し、センサーアセンブリ８１０に供給された駆動信号の駆動トーンの周波数を調整するフィードバック回路で構成されてもよい。駆動回路８２２は、駆動信号を生成または供給する信号発生器、増幅器なども含んでもよく、これらは、駆動トーンとテストトーンを含むマルチトーン駆動信号であり得る。上記のように、マルチトーン駆動信号の頂点が駆動増幅器の電力容量を超えると、相互変調歪み信号が生成される可能性がある。

復調フィルタ８２４は、復調ウィンドウ内にある信号を通過させる。例えば、図６を参照すると、復調フィルタ８２４は、復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅ内にある信号を通過させる。なお図６を参照すると、相互変調歪み信号６５０は、復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅ内にないため、復調フィルタ８２４によって通過されない。その結果、メータ検証モジュール８２０は、第２から第５の信号６４０ａ−６４０ｄでセンサーアセンブリ８１０を正確に検証できる。

相互変調歪み信号６５０は、メータ検証中にテストトーン６４０が使用される場合にのみ存在する可能性があるため、振動メータ５の生産動作中には復調フィルタ８２４とノッチフィルタ８２６は使用されない場合がある。より具体的には、動作中に、振動計５は、センサーアセンブリ８１０の共振周波数の周波数を有する正弦波信号で構成される単一成分信号のみを供給してもよい。

本方法７００により決定された復調フィルタ８２４を利用するメータ検証中に、図６に示すテストトーン６４０が駆動回路８２２により駆動信号に導入され得る。すなわち、メータ検証モジュール８２０を使用して、図１に示すセンサーアセンブリ１０を検証してもよい。したがって、メータ検証中に、メータ検証モジュール８２０はマルチトーン駆動信号をセンサーアセンブリ１０に供給する。さらに、メータ検証モジュール８２０は、供給されたセンサー信号を、復調フィルタ８２４とノッチフィルタ８２６を備えたセンサーアセンブリ１０によりフィルタリングしてもよい。

新たな有用な振動計５、本方法７００およびシステム８００ならびに他の実施形態は、メータ検証中の相互変調歪み信号干渉を防止できる。より具体的には、振動計５、本方法７００およびシステム８００を使用して、相互変調歪み信号６５０が、復調フィルタ８２４によって通過されるテストトーン６４０を破損または影響しないことを保証できる。したがって、振動計５のメータ検証は、例えば、センサーアセンブリ８１０に印加される第１の信号６３０の周波数を決定し、第１の信号６３０の周波数の周りに復調ウィンドウ６６０ａを設定し、第１の信号６３０および第２の信号６４０ａにより生成された相互変調歪み信号６５０の周波数が復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅの外側になるように、センサーアセンブリ８１０に印加される第２の信号６４０ａの周波数を決定することにより特に改善される。

その結果、メータ検証は、侵食、腐食または他の状態がセンサーアセンブリ１０に存在するかどうかを正しく判断できる。例えば、マルチトーン駆動信号のテストトーン６４０の周波数は、相互変調歪み信号６５０の周波数を変更する温度変化による復調ウィンドウ６６０ａ内で変化する可能性がある。テストトーン６４０が温度により変化する場合、相互変調歪み信号が復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｅ内に決して入らないように、復調ウィンドウ６６０ｂ−６６０ｄとテストトーン６４０の周波数を設定することにより、センサーアセンブリ１０の周波数応答を正確に特徴付けることができる。

上記の実施形態の詳細な説明は、本発明の範囲内にあると発明者により企図されたすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際、当業者は、上記の実施形態の特定の要素を種々組み合わせて、または排除してさらなる実施形態を作成することができ、このようなさらなる実施形態が本説明の範囲および教示内に入ることを認識するであろう。また、当業者には、上記実施形態を全体的または部分的に組み合わせて、本説明の範囲および教示内で追加の実施形態を作成できることも明らかであろう。

したがって、本明細書では特定の実施形態を例示目的で説明しているが、当業者が認識するように、本説明の範囲内で種々の同等の修正が可能である。本明細書で提供される教示は、上記および添付の図面に示す実施形態だけでなく、相互変調歪み信号干渉を防止するために他の周波数間隔に適用できる。したがって、上記の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (22)

1. 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定するためのシステム（８００）であって、
   センサーアセンブリ（８１０）と、
   前記センサーアセンブリ（８１０）に通信可能に結合されたメータ検証モジュール（８２０）と、を備え、
   前記メータ検証モジュール（８２０）が、
   振動計の前記センサーアセンブリ（８１０）に印加される第１の信号の周波数を決定し、
   前記第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定し、
   前記第１の信号および第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が前記復調ウィンドウの外側にあるように、前記センサーアセンブリに印加される前記第２の信号の周波数を決定するように構成される、
   システム（８００）。
2. 前記メータ検証モジュール（８２０）が、
   前記第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定し、
   前記第２の信号の周波数が前記第１の信号の周波数を含む前記帯域幅内にあるように前記第２の信号の周波数を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム（８００）。
3. 前記帯域幅が前記センサーアセンブリの周波数応答帯域幅である、請求項２に記載のシステム（８００）。
4. 前記第１の信号の周波数が前記センサーアセンブリの共振周波数である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
5. 前記相互変調歪み信号が、前記メータ検証モジュール（８２０）および前記センサーアセンブリ（８１０）のうちの１つで生成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
6. 前記第１の信号および前記第２の信号が、前記メータ検証モジュール（８２０）により前記センサーアセンブリ（８１０）に印加される駆動信号の成分である、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
7. 前記第２の信号が、前記センサーアセンブリ（８１０）に印加されて前記センサーアセンブリ（８１０）の周波数応答を特徴付ける、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
8. 前記第１の信号および前記第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が前記復調ウィンドウの外側にあるように、前記センサーアセンブリ（８１０）に印加される前記第２の信号の周波数を決定するように構成される前記メータ検証モジュール（８２０）が、前記相互変調歪みが前記復調ウィンドウに近接するように前記第２の信号の周波数を決定するように構成される前記メータ検証モジュール（８２０）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
9. 前記メータ検証モジュール（８２０）が、１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が前記第１の信号の前記復調ウィンドウの外側にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム（８００）。
10. 前記メータ検証モジュール（８２０）が、
    前記第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定し、
    前記１つ以上の追加の信号の周波数が前記第１の信号の周波数を含む前記帯域幅内にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム（８００）。
11. 前記メータ検証モジュール（８２０）が、前記１つ以上の追加の信号の周りに復調ウィンドウを設定し、前記１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が前記１つ以上の追加の信号の前記復調ウィンドウの外側にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定するようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム（８００）。
12. 相互変調歪み信号干渉を防止するための周波数間隔を決定する方法であって、
    振動計のセンサーアセンブリに印加される第１の信号の周波数を決定することと、
    前記第１の信号の周波数の周りに復調ウィンドウを設定することと、
    前記第１の信号および前記第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が前記復調ウィンドウの外側にあるように、前記センサーアセンブリに印加される前記第２の信号の周波数を決定することと
    を含む、方法。
13. 前記第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定することと、
    前記第２の信号の周波数が前記第１の信号の周波数を含む前記帯域幅内にあるように前記第２の信号の周波数を決定することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記帯域幅が前記センサーアセンブリの周波数応答帯域幅である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の信号の周波数が前記センサーアセンブリの共振周波数である、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記相互変調歪み信号が、メータ電子機器および前記センサーアセンブリのうちの１つで生成される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記第１の信号および前記第２の信号が、前記メータ電子機器により前記センサーアセンブリに印加される駆動信号の成分である、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記第２の信号が、前記センサーアセンブリに印加されて前記センサーアセンブリを特徴付ける、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記第１の信号および前記第２の信号により生成された相互変調歪み信号の周波数が前記復調ウィンドウの外側にあるように、センサーアセンブリに印加される第２の信号の周波数を決定することが、前記相互変調歪みが前記復調ウィンドウに近接するように第２の信号の周波数を決定することを含む、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. １つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が前記第１の信号の前記復調ウィンドウの外側にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定することをさらに含む、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記第１の信号の周波数を含む帯域幅を決定することと、
    前記１つ以上の追加の信号の周波数が前記第１の信号の周波数を含む帯域幅内にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定することと
    をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記１つ以上の追加の信号の周りに復調ウィンドウを設定することと、前記１つ以上の追加の信号により生成された複数の相互変調歪み信号の周波数が前記１つ以上の追加の信号の復調ウィンドウの外側にあるように前記１つ以上の追加の信号の周波数を決定することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

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